扩散焊设备讲解
第六讲扩散焊专题
固态扩散焊接过程三个阶段：
第一阶段为物理接触（接触变形）阶段，高温下微观不平的表
面，在外加压力作用下，总有一些点首先达到塑性变形，在持
续压力作用下，接触面积逐渐扩大而最终达到整个面的可靠接
触
；
第二阶段是接触表面的激活界面推移阶段，通过原子间的相互
扩散，形成牢固结合层，这个阶段一般要持续几分钟到几十分
b) 第一阶段：变形和交界面的形成
c) 第二阶段：晶界迁移和微孔消除
d) 第三阶段：体积扩散，微孔消除
扩散焊机制
界面吸附与活化：物理吸附，接触，面积逐 渐增加，活化中心，局部化学反应，院子间 距离0.1-0.3mm时，化学结合，随时间延长， 整个结合面结合，形成结合层。 固体中的扩散机制：扩散速率
在金属不熔化的情况下，要形成焊接接头就必须使两待焊
表面紧密接触，达到相互原子间的引力作用范围[ (1～
5)×10ˉ8 cm]以内，这样才可能形成金属键，获得具有一 定强度的接头。一般金属通过精密加工后，其表面轮廓算
数平均偏差为（0.8～1.6）×10ˉ4 cm 。
金属真实表面的示意图
金属表面吸附层组成示意图
中间层材料选择原则
1) 容易塑性变形； 2) 含有加速扩散的元素，如硼、铍、硅等； 3) 物理化学性能与母材差异较被焊材料之 间的差异小； 4) 不与母材产生不良的冶金反应，如产生 脆性相或不希望有的共晶相； 5) 不会在接头上引起电化学腐蚀问题。
6.阻焊剂
作用：扩散焊时，防止压头与焊件之间某些区域被扩散焊 粘结在一起。
工业中常应用的扩散焊设备，主要采用辐射和感应加 热的方法。
采用辐射加热法的真空扩散焊设备结构示意图：
实物图：
采用感应加热法的真空扩散焊结构示意图：
第4章 扩散焊(29)
1 同种金属扩散焊模型
此类扩散焊过程可用三个阶段模型来形象的描述：
• 物理接触 • 接触表面激活 • 扩散及形成接头
具体：
• 第一阶段 变形――接触阶段 在温度和压力的作用下，粗糙表面 的微观凸起部位首先接触和变形，在变形中表面吸附层被挤开， 氧化膜被挤碎，表面上各个微观凸起点因塑性变形而被挤平，从 而达到紧密接触的程度，形成金属键连接。其余未接触部分形成 孔洞残留在界面上，较大的可能不会完全消除而成为焊接缺陷。 • 第二阶段 扩散反应――界面推移阶段 包括微孔的消除，通过 原子扩散和再结晶，使得晶界发生迁移，界面上第一阶段留下的 孔洞逐渐变小，继而大部分孔洞在界面上消失，形成了焊缝。 • 第三阶段 均匀化，体积扩散、微孔和界面的消失。原子扩散向 纵身发展，原始界面完全消失，界面上残留的微孔也消失，在界 面处达到冶金连接，接头成分趋向均匀。
5 保护气氛
• 焊接保护气氛的纯度、流量、压力或真空 度、漏气率均会影响扩散焊接头质量。常 用的保护气体使氩气，也可用纯氮，氢气 或氦气。
6母材的物理特性
• 焊接同种材料时应考虑相变和晶体结构方面的特性。 对于具有相变特性的金属，在相变温度附近进行扩散 焊时，使得焊接表面凸起处产生塑性变形所需要的压 力就小很多。金属原子在不同的晶体结构中的扩散速 度相差很大。铁的子扩散在体心立方晶体铁素体中比 在同一温度下的面心立方晶体奥氏体中的扩散速度约 大1000倍。当然扩散速度是一方面，溶解度又是一 个方面。 • 对异类材料的扩散焊还应注意：线膨胀系数不同所产 生的内应力和低熔点共晶和中间金属化合物所带来的 脆性相等影响
物理接触过程
• 物理接触及氧化膜去除
• • • • • 解吸：银铜镍 蒸发升华 溶解 化学反应：还原 表面变形去摸
扩散焊原理
扩散焊原理
扩散焊是一种常见的金属连接工艺，它通过在金属表面加热的同时施加一定的
压力，使两个金属表面原子间扩散，从而形成牢固的连接。
扩散焊原理的理解对于掌握扩散焊工艺至关重要。
首先，扩散焊原理基于金属原子的扩散运动。
在加热的过程中，金属表面的原
子会因为能量的增加而具有更大的运动能力，这使得原子之间的距离变得更远，从而促进了原子的扩散。
当两个金属表面接触并施加一定的压力时，这种扩散现象会更加显著，使得两个金属表面的原子开始相互渗透，最终形成了连接。
其次，扩散焊原理还受到温度和压力的影响。
通常情况下，较高的温度和较大
的压力会促进原子的扩散，从而形成更牢固的连接。
然而，温度和压力的选择需要根据具体的金属材料和焊接要求来确定，过高或过低的温度和压力都会对扩散焊的效果产生不利影响。
此外，扩散焊原理还与金属表面的清洁度有关。
在进行扩散焊之前，需要对金
属表面进行清洁处理，以去除氧化物、油污和其他杂质，以确保扩散焊的质量和效果。
否则，这些杂质会阻碍原子的扩散，导致焊接质量下降。
最后，扩散焊原理也受到金属材料的影响。
不同的金属材料具有不同的扩散速
率和扩散能力，这会影响扩散焊的工艺参数和焊接质量。
因此，在进行扩散焊时，需要根据具体的金属材料选择合适的工艺参数，以确保焊接质量。
总之，扩散焊原理是一种基于金属原子扩散运动的金属连接工艺，它受到温度、压力、金属表面清洁度和金属材料的影响。
只有深刻理解扩散焊原理，才能有效地掌握扩散焊工艺，并保证焊接质量。
扩散焊简介
以铜薄膜作中间层的镁铝扩散焊接简介一、扩散焊原理简介：如上图所示的三个阶段描述了无扩散辅助材料的常规扩散焊接接头的形成过程。
这里温度、压力、时间和真空等为实验金属间原子相互扩散与金属键结合创造了条件。
在温室下焊接表面无论焊前如何加工处理，贴合时只限于极少数凸出点接触，进入前一阶段，在温度和压力作用下，粗糙表面上首先在微观凸起点接触的部位开始塑形变形，并在变形中挤碎了表面氧化膜，于是导致该接触点的面积增加和被挤平，净面接触处便形成金属件连接，其余未连接部分就形成微孔（空隙）残留在界面上。
在如图所示的第一阶段中，粗糙接触面主要是按照屈服和蠕变变形机理发生变化的，在大部分界面上达到紧密接触。
在此阶段结束时，接头基本上位于接触面的晶界上，这些接触面之间存在着空隙。
第二阶段，原子持续扩散，而使界面上许多微孔消失。
在这个阶段中，扩散机理比变形机理更重要，随着原子晶界扩散的继续进行，许多空间消失。
在此同时，界面晶界发生迁移，离开接头的初始平面，形成一个平衡的形态，而在一些晶粒内留下许多残余空隙。
第三阶段，继续扩撒，界面与微孔最后消失形成新的晶界，达到冶金结合，最后接头成分趋向均匀。
上述扩散焊接形成三阶段，温度决定第一阶段中接触面积的大小，也决定了控制二三阶段中消除微孔的扩散速度，压力主要在第一阶段起作用，它能使接触面积增大。
而形成接头所需要的时间，则取决于所加的温度和压力。
二、：铜薄膜为中间层的扩散焊原理采用磁控溅射技术在变形镁合金表面沉积铜薄膜，将其作为中间层对变形镁合金和硬铝合金进行了低温扩散焊接研究．利用超声波显微镜、x射线衍射、扫描电镜、电子探针等对焊接接头界面区域的显微结构及物相等进行了研究．研究结果表明，在镁合金基体上沉积的cu薄膜主要以(111)、(200)晶向上生长，薄膜表面平整、均匀、致密；在扩散焊接工艺条件焊接温度T=455℃、保温时间t=90 min、压力P=3 MPa下获得了质量较好的Mg／Al焊接接头．焊接接头界面区域由铝镁原子比分别为3：2，1：1，12：17三层镁铝系金属间化合物构成，接头断裂破坏发生在镁铝系化合物层，断口呈现明显的脆性断裂特征．镁合金作为一种新型的工程结构材料越来越引起了社会各界的广泛关注，因其具有比强度高、刚度大、抗冲击性能好、抗震性好、热容量低、冷凝速度快、良好的机械加工性能等优点，现已广泛地、航空航天、民用电子产品等领域．铝是地壳中含量最高的金属元素，铝合金是目前使用最广的金属结构材料之一．铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，同时其塑性好，能够加工成各种型材，具有良好的导电性、导热性和抗蚀性等特点．如果实现镁合金与铝合金异种金属的焊接并形成可靠的焊接结构件，不仅能充分发挥镁合金、铝合金各自的优异性能，还能够大大拓展其在高科技领域，特别是在航空航天方面的应用，所以实现镁铝异种金属的焊接具有非常深远的现实意义．然而镁铝异种金属因其物理化学性质的差异利用一般的焊接方法要实现其可靠连接十分困难，两种金属直接焊接主要存在的问题是：a．镁、铝的活性很高，容易与空气中的氧气发生反应在表面形成一层氧化物膜，氧化物膜的存在不利于母材原子的相互扩散，导致焊接工艺难以控制；b．镁与铝易相互反应，焊接接头界面区域生成大量高硬度脆性金属间化合物并出现分层现象，导致焊接接头强度不高．磁控溅射镀膜是添加焊接中间层的一种切实可行的方法，薄膜的沉积一方面能减小焊接母材的表面粗糙度促进母材焊接面的充分接触，另一方面能够针对不同焊接体系实现多层复合中间层的添加，同时因其自身特点而具有非常独特的应用前景．本文中利用磁控溅射镀膜技术在焊接母材镁合金表面沉积一层致密度高、结晶性好，厚度均匀Cu薄膜，将Cu作为中间层实现了对镁／铝的真空低温扩散焊接。
扩散焊设备
钛合金扩散焊时，钛表面的氧化膜 在高温下可以溶解在母材中，在 5MPa的气压下，可以溶解TIO2达 30％，故氧化膜不妨碍扩散焊的进 行。在相同成分的钛合金扩散焊的 接头组织中没有原始界面的痕迹。
加热。
LEE MAN (SCETC)
扩散焊
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(三）超塑成形—扩散焊接设备
由压力机和专用加热设备组成。可分
为两大类：一类是由普通液压机与专 门设计的加热平台构成。加热平台由 陶瓷耐火材料制成，安装于压力机的 金属台面上。超塑成形--扩散用模具及 工件置于两陶瓷平台之间，可以将待 焊接零件密封在真空容器内进行加热。 另一类是压力机的金属平台置于加热 设备内。其平台由耐高温的合金制成， 为加速升温，平台内亦可安装加热元 件。这种设备有一套抽真空供气系统， 用单台机械泵抽真空，利用反复抽真 空一充氢的方式来降低待焊表面及周 围气氛中的氧分压。高压氢气经气体 调压阀，向装有工件的模腔内或袋式 毛坯内供气，以获得均匀可调的扩散 焊压力和超塑成形压力。
LEE MAN (SCETC备
扩散焊
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(二）感应加热扩散焊设备
图3-12是感应加热扩散焊 机示意图，由高频电源和感 应线圈构成加热系统，机械 泵、扩散泵和真空室构成真 空系统。对于非导电材料， 如陶瓷等，可以采用高频加 热石墨等导体，然后把工件 放在石墨管中进行间接辐射
扩散焊
1
2.按照热源类型和加热方式分类
辐射加热
电阻远红外辐射加热
感应加热 接触加热 电子束加热 激光加热 辉光放电加热
电接触加热，当电极和工件表面接触时通过电阻 使工件表面局部快速加热
利用稀薄气体的辉光放电现象加热
扩散焊时，热源的选择取决于焊接温度、工件的结构形状及大小。 实际应用最广的是高频感应加热和电阻辐射加热两种方式。
高分子扩散焊机结构组成
高分子扩散焊机结构组成高分子扩散焊机是一种用于高分子材料的焊接设备，由多个结构组成。
下面将详细介绍高分子扩散焊机的结构组成，其中包括主机结构、压力调节系统、加热系统、冷却系统、控制系统等。
1.主机结构：高分子扩散焊机的主机结构一般由机床底座、上梁、焊头和夹具等组成。
机床底座是焊机的支撑结构，用于固定焊接设备，确保设备的稳定性。
上梁是焊头和夹具的支撑结构，它通过液压系统驱动焊头和夹具的上下运动。
焊头是实际进行焊接的部分，它通过上下移动来将两块高分子材料加热融化，并施加一定的压力，使它们粘合在一起。
夹具是用于固定待焊接的工件，确保焊接过程中工件的位置稳定。
2.压力调节系统：高分子扩散焊机的压力调节系统包括液压系统和气压系统。
液压系统通过液压缸将焊头和夹具上下调节至所需的位置，并施加一定的压力。
气压系统通过压缩空气驱动液压泵和液压缸，提供所需的动力。
压力调节系统能够确保焊接过程中施加的压力达到预设的要求。
3.加热系统：高分子扩散焊机的加热系统一般采用电加热方式，通过电热棒或电加热板对焊接接头进行加热。
加热系统可以提供所需的温度，并保持温度的稳定性，以确保焊接接头能够充分融化并实现良好的粘合效果。
4.冷却系统：高分子扩散焊机的冷却系统用于保持焊接接头的温度在适宜的范围内，以防止过热导致焊接质量下降或设备受损。
冷却系统一般采用冷却水或冷却风扇，通过循环冷却来降低焊接区域的温度。
5.控制系统：高分子扩散焊机的控制系统用于控制整个焊接过程，包括温度控制、压力控制、运动控制等。
控制系统一般由单片机、触摸屏和相应的传感器组成。
通过输入预设的参数，控制系统能够自动调节温度、压力和运动速度，实现焊接过程的自动化控制。
除了以上的主要结构组成，高分子扩散焊机还可能包括辅助设备，例如喷水装置、防护罩等。
喷水装置可以在焊接过程中提供冷却作用，防止焊接接头过热。
防护罩可以保护操作人员的安全，防止操作人员接触到高温部件或受到喷溅物的伤害。
扩散焊ppt课件
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异种金属特种焊接方法之扩散焊
（2）中间层的选用
• 可采用箔、粉末、镀层、离子溅射和喷涂层等多种形式。 • 厚度一般为几十微米，利于缩短均匀化扩散的时间。 • 过厚的中间层焊后会以层状残留在界面区，影响接头的物理、化学和
• 高温合金中含有Cr、Al等元素，表面氧化膜很稳定，难以去除，焊 前必须严格加工和清理，甚至要求表面镀层后才能进行固相扩散焊 。
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异种金属特种焊接方法之扩散焊
异种金属材料的扩散焊接
• （一）钢与铝、钛、铜、钼的扩散焊 • （二）铜与铝、钛、镍、钼的扩散焊
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异种金属特种焊接方法之扩散焊
（一）钢与铝、钛、铜、钼的扩散焊
• 扩散焊接头质量好，其显微组织和性能与母材接近或相同，在焊缝 中不存在熔化焊缺陷，也不存在过热组织和热影响区。
• 焊件精度高、变形小。
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异种金属特种焊接方法之扩散焊
扩散焊的优点：
• 可以焊接大断面的接头； • 可以焊接结构复杂、接头不易接近以及厚薄相差较大的
工件； • 能对组装件中许多接头同时实施焊接。
扩散焊的分类：
• 根据被焊材料的组合方式和加压方式的不同，扩散焊可以分成
：同种材料扩散焊、异种材料扩散焊、加中间层的扩散焊、过 渡液相扩散焊、超塑性成形扩散焊、热等静压扩散焊 等。
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异种金属特种焊接方法之扩散焊
3.扩散焊的应用范围
扩散焊应用领域：
• 适宜于焊接特殊材料或特殊结构，这样的材料和结构在 宇航、电子和核工业中应用很多，因而扩散焊在这些工 业部门中的应用很广泛。
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异种金属特种焊接方法之扩散焊
扩散焊专题知识
一、工件待焊表面旳制备和清理
1．表面机加工 2．除油污和表面侵蚀
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二、中间层材料旳选择
中间层旳作用是： 1) 改善表面接触，从而降低看待焊表面制备质量旳要
求，降低所需旳焊接压力。 2) 改善扩散条件，加速扩散过程，从而可降低焊接温
度，缩短焊接时间。 3) 改善冶金反应，防止（或降低）形成脆性金属间化
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第三节 扩散焊工艺
为取得优质旳扩散焊接头，除根据所焊部件旳 材料、形状和尺寸等选择合适旳扩散焊措施和 设备外，精心制备待焊零件，选用合适旳焊接 条件并在焊接过程中控制主要工艺参数是极其 主要旳。另外，从冶金原因考虑仔细选择合适 韵中间层和其他辅助材料也是十分主要旳。焊 接旳加热温度、对工件施加旳压力以及扩散旳 时间是主要旳工艺参数
破坏保护气氛或真空度。
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四、焊接工艺参数
1．温度 对许多金属和合金，扩散焊温度为
0.6~0.8Tm(K) (Tm为母材熔点），对出 现液相旳扩散焊，加热温度比中间层材 料熔点或共晶反应温度稍高某些。液相 填充间隙后旳等温凝固和均匀化扩散温 度可略为下降。
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2．压力
图2-5 焊接接头强度与压力旳关系(保温时间5min) 1-T=800℃ 2-T= 900 ℃ 3-T=1000℃ 4-T =1100℃
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第四节 扩散焊设备
一、真空扩散焊机
1-真空室
图2-7 真空扩散焊机构造示意图
2-被焊零件 3-高频加热线圈 4-真空抽气系统 5-高频电源 6-加压系统
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二、超塑成型—扩散焊设备
1．由一般液压机与专门设计旳加热平台构成
1-陶瓷加热平合 2-真空抽气系统多 3-加热元件 4-不诱钢容器 5-底板 6-钛合金扩散焊零件 7-垫块
扩散焊的原理及应用
扩散焊的原理及应用1. 引言扩散焊，或称为扩散连接，是一种常用的焊接方法，用于连接金属材料，具有较高的强度和可靠性。
本文将介绍扩散焊的原理和应用。
2. 扩散焊的原理扩散焊的原理是通过在接触表面上形成固态相互扩散，实现金属连接。
具体来说，扩散焊过程中，两个金属表面中的原子将通过热激活的扩散作用，从一个金属晶胞便迁移到另一个金属晶胞中，形成一个焊缝。
这种焊缝是在原子层级上的扩散连接，因此具有较高的强度和可靠性。
3. 扩散焊的应用扩散焊具有广泛的应用领域，下面列举了其中几个常见的应用：3.1. 电子设备制造在电子设备制造过程中，扩散焊被广泛应用于连接电子元器件，如电子芯片、电阻和电容等。
由于扩散焊的连接强度高，并且不需要额外的焊接材料，因此适用于高要求的电子设备的制造。
3.2. 汽车制造在汽车制造中，扩散焊被用于连接车辆的金属部件，如车身和发动机零件。
扩散焊可以提供持久且可靠的连接，以应对汽车运行过程中的振动和温度变化。
3.3. 航空航天工业在航空航天工业中，扩散焊被广泛应用于制造航空航天器的结构和部件。
扩散焊具有优异的力学性能和热力学稳定性，能够满足航空航天器对于强度和可靠性的严格要求。
3.4. 金属加工在金属加工领域，扩散焊被用于连接和修复金属材料。
扩散焊可以在高温下进行，使得金属连接达到更高的强度和可靠性，从而满足不同应用的需求。
3.5. 光学仪器扩散焊也被应用于光学仪器的制造，如望远镜、激光器等。
扩散焊可以提供无缝连接的光学组件，确保光线传输的准确性和稳定性。
4. 总结扩散焊是一种常用的金属连接方法，通过原子级的扩散作用实现金属材料的连接。
扩散焊具有较高的强度和可靠性，广泛应用于电子设备制造、汽车制造、航空航天工业、金属加工和光学仪器等领域。
扩散焊的应用为不同行业提供了高强度和可靠性的金属连接解决方案。
以上是对扩散焊的原理和应用的简要介绍，希望对您有所帮助。
参考文献: - [1] Smith, William F., and Javad Hashemi.。
扩散焊
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（1）扩散焊的接头形式设计
• 扩散焊接头的形式
比熔化焊类型多，
可进行复杂形状的
接合，如平板、圆
管、中空、T形及蜂
2020/窝4/5 结构均可进行扩
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
• 过厚的中间层焊后会以层状残留在界面区，影响接 头的物理、化学和力学性能。
• 中间层厚度在30~100μm时，以箔片的形式夹在待
焊接表面间。
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（3）阻焊剂
扩散焊时为了防止压头与焊件或焊件之间某些区域被 扩散焊粘接在一起，需加阻焊剂。
1）熔点或软化点应高于焊接温度；
扩散焊
（3）中间层材料及选择
• 为了促进扩散焊过程的进行，降低扩散焊温度、 时间、压力和提高接头性能，扩散焊时可在待焊 接材料之间插入中间层。
• 中间层材料的特点 • 中间层的选用 • 阻焊剂
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
（1）中间层材料的特点
1）容易发生塑性变形；含有加速扩散的元素，如 B、Be、Si等。
2．钢与钛的扩散焊接
• 采用扩散焊方法焊接钢与钛及钛合金时，应 添加中间层或复合填充材料。
• 中间层材料一般是V、Nb、Ta、Mo、Cu等， 复合填充材料有：V+Cu、Cu+Ni、 V+Cu+Ni以及Ta和青铜等。
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异种金属特种焊接方法之 扩散焊
3．钢与铜及铜合金扩散焊接
热等静压扩散焊的原理
热等静压扩散焊的原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠热等静压扩散焊这玩意儿。
你说这热等静压扩散焊啊，就像是一场奇妙的金属融合大派对！想象一下啊，各种金属材料就像是一群小伙伴，它们平时各玩各的，可到了热等静压扩散焊这里，就被凑到一块儿啦。
在高温高压的环境下，它们就开始相互“亲近”起来。
这可不是普通的亲近哦，那是要深度融合，变成一个密不可分的整体呢！你看啊，这热等静压扩散焊多神奇。
它能让那些原本不搭界的金属变得亲密无间，就好像它们天生就该在一起似的。
这不就跟咱交朋友一样嘛，一开始可能不认识，可相处久了，感情深了，那就是铁打的交情啦！而且啊，这热等静压扩散焊的要求还挺高呢。
温度要恰到好处，压力也要刚刚好，不然这金属小伙伴们可融合不好。
这就跟做饭似的，火候掌握不好，做出来的菜能好吃吗？温度太高了不行，金属都被“烤焦”啦；压力太大了也不行，那不得把金属都给压坏咯。
咱再想想，要是没有热等静压扩散焊，那好多厉害的东西都做不出来呢！那些高质量的零部件、精密的仪器，可都离不开它呀。
它就像是一个幕后英雄，默默地为我们的科技发展贡献着力量。
你说这热等静压扩散焊是不是很牛？它能把金属变得那么厉害，让它们在各种领域大显身手。
这就好比一个优秀的教练，能把运动员训练得超级厉害，去赛场上争金夺银。
所以啊，咱可别小瞧了这热等静压扩散焊。
它虽然不声不响的，但作用可大着呢！它让金属有了新的生命，新的可能。
咱得好好感谢这个技术，让我们的生活变得更美好，更先进。
总之，热等静压扩散焊就是这么神奇，这么重要。
它让金属的世界变得更加精彩，让我们的科技能够不断向前迈进。
它就是那个默默奉献，却又不可或缺的存在！你难道不觉得它很了不起吗？。
扩散连接原理ppt课件
• 该方法的表面平备要求不高，其粗糙度为 40um左右。
• 焊接时间短。 • 装备轻，自动化程度高，适合于现场焊接
，也适合于室内焊接。 • 接头质量可靠。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
液相扩散连接大致可分为以下3个阶段：
• 液相的生成。将中间层材料夹紧在焊件间，并加 上一定的焊接压力，在保护气体保护下进行加热 ，直至中间层材料液化和填满间隙。
• 等温凝固过程。当液相形成并填满焊缝间隙后， 进入保温期，它使液固相之间进行充分的扩散。
• 成分均匀化。由等温凝固形成的接头成分很不均 匀，为获得成份和组织均匀化的接头，需要继续 保温扩散来完成。
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
适用范围：
• 两母材都具有超塑性； • 可以是只有一边母材具有超塑性； • 或两母材均不具有超塑性时，只要插入具有超塑
性特性的材料作为中间层，就可以实现超塑性连 接。 • 应用领域： 难焊的有色合金之间
• 主要用于：异种金属材料、陶瓷、金属间 化合物、非晶态及单晶合金
• 应用领域：航空航天、仪表及电子、核工 业、能源、化工及机械制造
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
第六讲扩散焊专题
美国真空工业公司生产的Workhorse Ⅱ型真空扩散焊设备 主要性能指标如下表所示：
其整套设备采用了计算机控制，真空扩散焊过程 实现了全部自动运行，并可对个工艺参数获得相当 高的控制精度。可通过预先编制的程序控制整个焊 接过程，提高了焊接过程的精度和可靠性。
一、瞬间液相扩散焊接过程
也称接触反应钎焊或者扩散钎焊，若生成低熔点的共晶体，也 称为共晶反应钎焊。 其重要特征是夹在两待焊面间的夹层材料经 加热后，熔化形成一极薄的液相膜，它润湿并填充整个接头间隙， 随后在保温过程中通过液相和固相之间的扩散而逐渐凝固形成接头。 其具体过程也分为三个阶段：第一阶段是液相生成阶段，首先将中 间层材料夹在焊接表面之间，施加一定的压力，然后在无氧化条件 下加热，使母材与夹层之间发生相互扩散，形成小量的液相，填充 整个接头缝隙；第二阶段是等温凝固阶段，液-固之间进行充分扩 散，由于液相中使熔点降低的元素大量扩散至母材中，母材内某些 元素向液相中溶解，使液相熔点逐渐升高而凝固，形成接头。第三 阶段是均匀化阶段，可在等温凝固后继续保温扩散一次完成，也可 在冷却后另行加热完成获得接头
加压只是使接触面产生微观的局部变形。扩散焊所施
加的压力较小，压强可在1～100MPa范围内变化。
只有当材料的高温变形阻力变大，或加工表面较粗糙， 或扩散焊温度较低时，才采用较高的压力。加压系统 可分为液压系统、气压系统、机械系统、热膨胀加压 等。目前主要采用液压和机械加压系统。 （5）测量与控制系统
种方法的检验灵敏度波动范围较大，要根据具体情况 选用。
二、扩散焊接头常见缺陷及产生的主要原因：
6.5扩散焊设备
进行扩散焊时，必须保证连接面及连接金属不受空气 的影响，因此要在真空或惰性气体介质中进行。现在 采用最多的是真空扩散焊。真空扩散焊可以用高频、 辐射、接触电阻、电子束及辉光放电等方法，对焊件 进行局部或整体加热。
超声波焊、爆炸焊、扩散焊与冷压焊简介
固相扩散焊
液相扩散焊
2）影响扩散过程和程度的主要工艺因素
（1）温度：
影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影 响原子扩散的主要因素是浓度梯队和温度。扩散焊 温度一般高于1/2金属熔化温度。 0.6～0.8Tm（Tm母材熔点）。
（2）压力：
主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑 性变形不足。0.5～50Mpa。
一、超声波焊接
超声波焊接是利用超声波频 率（超过 16KHz）的机械振动 能量，在工件表面产生塑性变形 并在压力下破坏表面层，实现焊 接的方法。
它由震动剪切力、静压力、焊 区温升三个因素所决定。
1. 超声波焊接原理及分类
1）工作原理
既不向工件输送电流， 也不向工件引入高温热源只 是在静压力及弹性振动能的 共同作用下，将机械动能转 变成工件间摩擦功形变能和 随之而产生的温升，从而使 工件在固态下实现连接。
如金、 银、铜、铝等。 （4）耗用功率小。仅为电阻点焊的5%左右，
焊件变形小于3～5%，焊点强度及强度稳 定性平均提高约15～20%。 （5）对工件表面的清洁度要求不高。
2）缺点 金属超声波焊接需用功率随工件
厚度及硬度的提高呈指数剧增，因而 只限于丝、箔、片等薄 件的焊接。 大多数情况下只适用于搭接接头。
1）扩散焊过程的三个阶段
第一阶段
变形和交界面的形成。在温 度和压力的作用下，微观凸起部 位首先接触和变形，在变形中表 面吸附层被挤开，氧化膜被挤碎 ，凸点产生塑性变形，开始形成 金属键连接。
第二阶段
晶界迁移和微孔的消除。原 子扩散和再结晶的作用，开始形 成焊缝。 第三阶段
体积扩散，微孔和界面消失。 原子扩散向纵深发展，在界面处 达到冶金连接。
四、冷 压 焊
高分子扩散焊机结构组成
高分子扩散焊机结构组成高分子扩散焊机是一种用于高分子材料加工的设备，它可以将高分子材料通过热熔焊接的方式进行加工和制造，主要用于塑料、橡胶、树脂等材料的连接和加工。
高分子扩散焊机的结构组成主要包括以下部分：机架、传动装置、控制系统、储料系统、加热系统、压力系统、冷却系统等。
下面将逐一介绍这些部分的结构和功能。
首先，机架是整个设备的支撑结构，通常采用坚固耐用的铸铁材料制成，以保证设备的稳定性和可靠性。
其次，传动装置主要由马达、减速器、传动轴等部件组成，用于驱动焊接头和各种运动部件的运动和操作。
控制系统是高分子扩散焊机的核心部件，包括PLC控制器、人机界面、传感器等，用于控制设备的各项功能和工作流程，实现自动化生产。
通过控制系统可以对焊接温度、时间、压力等参数进行精确控制，确保焊接质量和稳定性。
储料系统一般由料斗、送料装置、温控装置等组成，用于存放和加热高分子材料，在焊接过程中通过喷射或挤压的方式将材料送入焊接区域。
加热系统通常采用电加热或燃气加热方式，通过加热器对焊接区域进行加热，使高分子材料在一定温度范围内熔化并实现焊接。
压力系统主要由液压系统或气动系统组成，通过油缸或气缸对焊接区域施加一定的压力，压实和连接高分子材料。
冷却系统用于对焊接部位进行冷却，防止焊接区域过热或变形，通常采用循环水冷却或风冷方式。
此外，高分子扩散焊机还可能配备一些辅助功能，例如激光定位系统、光学检测系统等，以提高焊接精度和质量。
总的来说，高分子扩散焊机的结构组成复杂，各个部件和系统之间相互配合，共同完成高分子材料的加工和焊接任务。
随着材料科学和工艺技术的不断发展，高分子扩散焊机的结构和功能也在不断改进和完善，以满足市场对高品质、高效率产品的需求。
扩散焊铜焊机的工作原理
扩散焊铜焊机的工作原理“哇，这是什么玩意儿啊？”我看着桌上的一个奇怪机器，好奇地问爸爸。
爸爸笑着说：“这是扩散焊铜焊机，可神奇啦！”嘿，你知道扩散焊铜焊机是啥不？咱就一起来瞧瞧呗！这扩散焊铜焊机啊，就像一个魔法盒子。
它有好多关键部件呢。
首先是加热部分，那家伙就像个小太阳，能把铜变得热乎乎的。
还有压力装置，就像一双有力的大手，紧紧地把铜片压在一起。
这些部件可都有大作用呢！加热部分能让铜变软，压力装置能让铜片之间贴得紧紧的，这样它们就能融合在一起啦。
那它是咋工作的呢？哎呀，这就好比做蛋糕。
加热部分把铜片加热得像蛋糕糊一样软软的，然后压力装置就像把蛋糕糊倒进模具里一样，把铜片压在一起。
接着，神奇的事情就发生啦！铜片之间的原子开始互相跑过去串门，就像小朋友们互相到对方家里玩一样。
慢慢地，铜片就变成了一块，就像蛋糕烤好了一样结实。
这扩散焊铜焊机在生活里可有用啦！有一次，我和爸爸去一个修车的地方。
那里的叔叔正在用扩散焊铜焊机修一辆汽车呢。
汽车的一个零件坏了，叔叔就用这个神奇的机器把铜片焊接在一起，做成了一个新的零件。
我看着叔叔熟练地操作着机器，心里可佩服啦。
我问叔叔：“这个机器真厉害啊！它还能修什么呀？”叔叔笑着说：“这扩散焊铜焊机啊，能修好多东西呢。
比如说电器啊，管道啊，都可以用它来焊接。
”我又问爸爸：“爸爸，这个机器为什么这么厉害呀？”爸爸说：“因为它能把铜片焊接得特别牢固，比用胶水粘或者用螺丝拧都要结实得多呢。
”想想看，如果没有扩散焊铜焊机，那我们的生活可就没这么方便啦。
就像没有了魔法棒的魔法师，啥也做不了。
它让我们的生活变得更加美好，更加便利。
扩散焊铜焊机真的是一个超级厉害的发明。
它的关键部件和工作原理都让人惊叹不已。
它在我们的生活中发挥着重要的作用，让我们的世界变得更加精彩。
我真希望自己也能像那些叔叔一样，熟练地操作扩散焊铜焊机，为大家创造更多的美好。
扩散焊
239. 4MPa。
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在机械制造中应用更为广泛。利用钛合金 超塑性的成形扩散焊已得到成功的应用 日常生活中家用复合底锅(焊接后无需表面 处理)等等
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钛合金中空结构
复合底锅
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8、扩散焊接的应用实例
TiNi形状记忆合金与不锈钢瞬间液相扩散焊工艺研究 (1)研究的意义
TiNi 形状记忆合金具有特殊的形状记忆效应和超弹性,及高 的比强度、 抗腐蚀、 抗磨损和良好的生物相容性等特点,广泛应 用于航空航天、 工业制造和医疗器械等领域。但是 TiNi 价格较 贵 ,在实际应用中将其与性能优异、 价格低廉的不锈钢连接起来 是降低材料成本 ,扩大其应用范围的重要途径。
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(5) 实验结果分析
连接温度对接头强度的影响 t=60min , P = 0. 05MPa 时接 头的剪切强度随连接温度的变化 如右图所示。随着连接温度的升 高 ,接头剪切强度先增加后减小。
保温时间对接头强度的影响 T=860℃, P=0. 05MPa时,接头 的剪切强度随保温时间的变化如 图右所示。随焊接时间的延长,熔 化的液态中间层逐渐铺展到基体 金属的表面。同时 焊缝组织逐渐 均匀化 ,最终得到性能良好的焊 接接头。
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b)压力
如压力过低，则表层塑性变形不足，表面形成物理接 触的过程迚行不彻底，界面上残留的孔洞过大且过多。 较高的压力可产生较大的表层塑性变形，还可使表层 再结晶温度降低，加速晶界迁移。
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c)保温扩散时间
扩散过程时间过短，导致焊缝中残留有许多孔洞，接 头强度达不到稳定的、与母材相等或相近的强度； 过长的高温高压持续时间，对接头质量不起仸何迚一 步提高的作用，反而会使母材晶粒长大。
(2)焊难点
高分子扩散焊机
节能、高效、稳定、智能化专利产品
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应用于开关、母线槽、变压器、电力、新型汽车行业安装
节能、高效、稳定、智能化专利产品
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应用于开关、母线槽、变压器、电力、新型汽车行业安装
二、企业形象
企业精神：共享、共担、共进、共赢 以管理创新、技术创新、服务创新，创一流产品
节能、高效、稳定、智能化专利产品
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应用于开关、母线槽、变压器、电力、新型汽车行业安装
本设备的功率加热器件可以调节输出电流的大小，使工件得到最合理的加热速度。工件 夹紧机构采用了气液增压缸，使得设备对工件夹紧迅速稳定。设备控制部分采用了 PLC 和触 摸屏相结合的自动控制系统，包括焊接电流、焊接温度、焊接时间等等一系列焊接的参数均 可在触摸屏上设定，使设备操作具有高度自动化。
节能、高效、稳定、智能化专利产品
节能、高效、稳定、智能化专利产品
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应用于开关、母线槽、变压器、电力、新型汽车行业安装
六、常用型号介绍
型号：四柱型 KSH-D80
产品特点： 1.与三相整流式相比，优点设备造价相对低廉一些。 2.密封环境防止工件氧化。 3.四柱式结构易调整工作台平整度。
型号：四柱型 KSH-S189
产品特点： 1、三相电源平衡，不会造成对其他设备的破坏。 2、其输出焊接电流为直流电源，焊接回路阻抗小，焊接效率相对交流电源要高。
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应用于开关、母线槽、变压器、电力、新型汽车行业安装
高分子扩散焊机 产品简介：
高分子扩散焊机是在一定温度和压力下,将焊件紧密贴合一段时间，使接触面之间的原 子相互扩散形成联接的焊接设备。影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度、压力、扩 散时间、和表面粗糙度。扩散焊接的优点是无需焊料，无痕焊接，工件外观平整光滑。
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第三节 扩散焊设备
一、扩散焊设备的分类及组成
（一）扩散焊设备的分类
低真空
真空度在10-1Pa以上
1.按真空度分类
中真空 高真空
真空度在10-1～10-3Pa ＜10-5Pa
低压、高压保护气体扩散焊机
根据焊件在真空中所处的情况，可分为焊件全部处在真空中的焊机 和局部真空焊机。局部真空扩散焊机仅对焊接区域进行保护，主要用 来焊接大型工件。
扩散焊
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四、典型材料的扩散焊
由于扩散焊的接头质量好且稳定，材料适用范围极广，特 别适于脆性材料、特殊结构的焊接。在航空航天、电子和 核工业等领域，许多零部件的使用环境苛刻，加之产品结 构要求特殊，设计者不得不采用特种材料，如为减轻重量 而采用空心结构，而且要求接头与母材成分、性能上匹配， 在这种焊接质量更为重要的情况下，虽然扩散焊的生产成 本稍高一些，但扩散焊成为优先考虑的焊接方法。目前， 扩散焊应用日益广泛，已逐步扩展到机械、化工及汽车制 造等领域。
要求：使被焊件之间达到紧密接触。高温下材料的屈服强度降低，为 避免焊件的整体变形，加压只是使接触面产生微观的局部变形。加压 系统分为液压系统、气压系统、机械系统、热膨胀加压等。在自动控 制压力的扩散焊设备上一般装有压力传感器，以实现对压力的测量和 控制。目前大多数扩散焊设备采用液压和机械加压系统。
一般采用真空保护。真空系统通常由扩散泵和机械泵组成。机械泵能 达到1.33 x 10-3Pa的真空度，加扩散泵后可以达到1.33 x 10-4～1.33 x 10-6Pa的真空度.真空室的大小应根据焊件的尺寸确定，真空室越大， 要达到和保持一定的真空度对所需真空系统要求越高。真空室中应有 由耐高温材料围成的均匀加热区，以保持设定的温度。真空室外壳需 要冷却。
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二、典型扩散焊设备及其技术参数 (一）电阻辐射加热真空扩散焊设备
电阻辐射加热真空扩 散焊机是目前最常用的 扩散焊接设备，结构原 理如图所示。真空室内 的压头或平台要承受高 温和一定的压力，因而 常用铝或其他耐热、耐 压材料制成。加压系统 一般采用液压方式，小 型焊机也可用机械加压 方式。加压系统应保证 压力均匀可调且可靠性 高。
控制系统主要实现温度、压力、真空度及时间的控制，少数设备还可以 实现位移测量及控制。温度测量采用热电偶，测量范围为20 ～ 2300℃， 控制精度范围为±（5～10）℃。压力的测量与控制通常是通过压力传 感器进行的。控制系统多采用计算机编程自动控制，可以实现焊接参数 显示、存储、打印等功能。
扩散焊
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2射加热
感应加热 接触加热 电子束加热 激光加热 辉光放电加热
电接触加热，当电极和工件表面接触时通过电阻 使工件表面局部快速加热
利用稀薄气体的辉光放电现象加热
扩散焊时，热源的选择取决于焊接温度、工件的结构形状及大小。 实际应用最广的是高频感应加热和电阻辐射加热两种方式。
LEE MAN (SCETC)
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该类设备的主要特点是采用 Leybold 系列D40B真空机械泵 的全自动真空系统，加热、加 压和冷却采用数字程序控制， 能自动调节，有计算机接口； Honeywell UDC-2000数字指示 仪控制过热温度指示；由 Honeywell UDC-3000控制柱塞 行程，并进行数字显示。
LEE MAN (SCETC)
图3-11美国Workhorse 型真空扩散连接设备
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(二）感应加热扩散焊设备
图3-12是感应加热扩散焊 机示意图，由高频电源和感 应线圈构成加热系统，机械 泵、扩散泵和真空室构成真 空系统。对于非导电材料， 如陶瓷等，可以采用高频加 热石墨等导体，然后把工件 放在石墨管中进行间接辐射
加热。
LEE MAN (SCETC)
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(三）超塑成形—扩散焊接设备
由压力机和专用加热设备组成。可分
为两大类：一类是由普通液压机与专 门设计的加热平台构成。加热平台由 陶瓷耐火材料制成，安装于压力机的 金属台面上。超塑成形--扩散用模具及 工件置于两陶瓷平台之间，可以将待 焊接零件密封在真空容器内进行加热。 另一类是压力机的金属平台置于加热 设备内。其平台由耐高温的合金制成， 为加速升温，平台内亦可安装加热元 件。这种设备有一套抽真空供气系统， 用单台机械泵抽真空，利用反复抽真 空一充氢的方式来降低待焊表面及周 围气氛中的氧分压。高压氢气经气体 调压阀，向装有工件的模腔内或袋式 毛坯内供气，以获得均匀可调的扩散 焊压力和超塑成形压力。
钛合金扩散焊时，钛表面的氧化膜 在高温下可以溶解在母材中，在 5MPa的气压下，可以溶解TIO2达 30％，故氧化膜不妨碍扩散焊的进 行。在相同成分的钛合金扩散焊的 接头组织中没有原始界面的痕迹。
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一、同种材料的扩散焊
（一）钛合金的扩散焊 钛及合金的性能及应用： 钛及钛合金是一种比强度高、耐腐蚀、耐高温的高性能材料，适于制造重量
轻，可靠性高的结构，目前广泛应用于航空、航天工业中。在航空航天领域常用 来制造压力容器、贮箱、发动机壳体、卫星壳体、构架、发动机喷管延伸段。
钛及合金扩散焊特点： 焊件表面无需进行特殊的准备和控制
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(四）热等静压扩散焊接设备
近年来，为了制备致密性高的陶瓷及精密形状的构件，热等静压 （简称 HIP）设备逐渐引起行业的重视。在高温施焊的同时，对工 件施加很高的压力，以增加致密性或获得所需的构件形状。一般采 用全方位加压，压力最高可达200 MPa。 该设备可用于粉末冶金、 铸件缺陷的愈合、复合材料制备、陶瓷烧结及精密复杂构件的扩散 焊等。
3．其他分类方法 根据真空室的数量，可以将扩散焊设备分为单室和多室两大类；
根据真空焊接的工位数，又可分为单工位和多工位焊机；根据自动 化程度，可分为手动、半自动和自动程序控制三类。
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二、扩散焊设备的组成
加热系统 加压系统 保护系统 控制系统
要求：加热速度快，焊件受热均匀，可按不同工艺要求进行精确控制 温度。加热方式有间接式和直接式，前者靠外部热源通过辐射和传导 加热，如镍铬电阻丝加热；后者是将电流直接通过焊件本身进行加热， 如利用焊件本身电阻加热，或电磁感应加热。